Все электрические аппараты, используемые на производстве можно разделить на 3 группы: аппараты управления, контроля и защиты. Аппараты первой группы делятся на устройства ручного и дистанционного управления. Ко второй группе относятся различные датчики и реле, выполняющие функции датчиков. Аппараты третьей группы выполняют защиту электроустановок от различных аварийных режимов работы (коротких замыканий, токовых перегрузок, повышения и понижения напряжения и т.д.).
Самыми распространенными электрическими аппаратами в электроустановках являются электромагнитные пускатели, электромагнитные реле, кнопки управления, автоматические выключатели и тепловые реле.
Электромагнитные пускатели
Это самые популярные электрические аппараты. Во всем мире их выпускается громадное количество. Они предназначены для дистанционного управления различными силовыми нагрузками, чаще всего электродвигателями, но также используются для управления другими мощными потребителями - нагревательными элементами, мощными лампами прожекторов и т.д.
Под понятием "дистанционное управление" подразумевается то, что для включения пускателя непосредственно с ним никаких действий не осуществляется. В цепи его катушки управления обычно используют кнопки, с помощью которых и подают сигнал на включение и отключение. Цепи управления и силовые цепи пускателя не имеют электрической связи.
Пускатель может использоваться как усилитель мощности, так как он позволяет относительно маломощной цепью управления (катушкой) управлять мощными силовыми цепями. Так, например, мощность потребления катушки пускателя 1-й величины - 8 ВА, а управлять он может током 10А и мощностью до 4 кВт. У пускателей других величин коэффициент усиления по мощности еще больший.
Существует большое количество различных серий электромагнитных пускателей: ПМЛ, ПМ12, КМИ, ПМЕ, ПМА, ПАЕ, пускатели зарубежных производителей. Все они устроены и работают по одному принципу.
При подаче напряжения на катушку пускателя она обтекается током, создается магнитный поток, который замыкается через магнитопровод и заставляет притянутся подвижную часть магнитопровода к неподвижной. С подвижной частью магнитопровода связаны контакты мостикового типа.
При снятии напряжения с катушки пускателя, например, путем нажатия кнопки "Стоп" в ее цепи управления, пускатель отключается и подвижная часть магнитопровода возвращается в исходное положение за счет противодействующей пружины.
Очень наглядно конструкция и принцип действия электромагнитного пускателя показан в виде анимации на ютуб-канале компании Кабель.РФ.
Устройство электромагнитного пускателя:
У всех пускателей имеется 3 силовых контакта и минимум 1 дополнительный (блокировочный). Существуют пускатели с большим количеством дополнительных контактов. У большинства серий для увеличения количества контактов имеется возможность использовать совместно с пускателем специальные контактные приставки.
Все силовые контакты - нормально-разомкнутые (замыкающие), дополнительные могут быть как нормально-разомкнутыми, так и нормально-замкнутыми (замыкающими). Определить вид контакта можно по надписи рядом с ним.
Так, например, у популярных электромагнитных пускателей ПМЛ силовые контакты обозначены на ребрах между ними номерами "1 - 2", "3 - 4" и "5 - 6", а дополнительные "13-14". Последние две цифры дополнительных контактов обозначют их вид - "1 - 2" - нормально замкнутые, "3 - 4" - нормально-разомкнутые. Силовые контакты всегда рассчитаны на ток, согласно величине пускателя (1 - 10 А, 2 - 25 А, 3 - 40 А, 4 - 63 А и т.д.), дополнительные контакты на максимальный ток 10 А.
"Старший брат" пускателя советский электромагнитный контактор способен коммутировать токи 100 и более ампер 3600 раз в час (раз в секунду):
В настоящее время в литературе и в каталогах пускатели часто называют контакторами. В прошлом веке это были разные аппараты, но терминология поменялась и сейчас под контакторами и пукателями часто подразумивают один и тот же электрический аппарат.
Схема включения электродвигателя с помощью электромагнитного пускателя:
Электромагнитные реле управления
В отличии от электромагнитных пускателей реле не имеют силовых контактов. Можно считать, что все контакты обычных реле дополнительные и предназанчены для коммутации только цепей управления и сигнализации.
Существует большое количество разных реле, особенно их много различных видов в такой области, как релейная защита и автоматика. Наиболее распространенными электрическими аппаратами на производстве по количеству продаваемых всеми производителями аппаратов в год после пускателей являются обычные электромагнитные реле управления.
На этих аппаратах длительное время строилась автоматика всех станков, установок и машин. Они обеспечивали нужную логику управления работы схемы. В настоящее время область их применения сужается, т.к. большинство автоматических схем сейчас работают с использованием программируемых логических контроллеров (ПЛК) и вся логика работы схем сейчас описывается программно.
Популярный вариант использования электромагнитных реле управления в наше время - усиление сигнала по мощности. Так выходы контроллеров не рассчитаны на коммутацию больших токов, поэтому часто в выходные цепи контроллеров ставят реле с зашунтированными катушками с помощью диодов.
Правда их тут тоже уже начали вытеснять различные полупроводниковые (тверотельные) реле, главное преимущество которых - отсутвие контактов (нечему подгорать и окислятся). Полупрводниковые реле считаются более надеждными электрическими аппаратами.
Электромагнитные реле способны управлять токами 6 - 10 А. Своими контактами реле коммутируют катушки электромагнитных пускателей, а те уже управляют электродвигателями и другими исполнительными устройствами автоматических систем управления.
Пример из практики: четыре реле РЭН34 подключены к выходам ПЛК Easy Moeller в учебной лаборатории:
Часто на старых схемах станков, выполненных по древним ГОСТам сложно быстро понять где пускатели, а где реле. Разобраться с этим вопросом можно руководствуясь следующим правилом: если в схеме есть катушка и у нее имеются контакты в силовой части схемы, например, в цепи где находится электродвигатель, то это электромагнитный пускатель, а если в силовой части схемы контактов нет, то это электромагнитное реле управления. При этом у реле обязательно имеются контакты в цепи управления. Катушка без контактов - электромагнит.
Кнопки управления
Это аппараты ручного управления. Они предназначены для подачи сигналов в схему путем непосредственного нажатия на них. Главная особенность всех кнопок управления - наличие функции самовозврата, т.е. после отпускания кнопки ее толкатель возвращается за счет противодействующей пружины в исходное состояние.
Этим обеспечивается так называемая, "нулевая защита" электродвигателя. После отключения напряжения питания по любым причинам кнопка в цепи катушки пускателя не даст ей самопроизвольно включится после появления напряжения. Электромагнитный пускатель можно будет включить только опять сознательно нажав на кнопку "Пуск".
Кнопки в виде отдельных электрических аппаратов чаще всего используются на различных пультах и панелях управления. Также они они по несколько штук собираются в одном корпусе и выпускаются в виде комплектных изделий - кнопочных постов.
Пульт управления деревообрабатывающего станка с кнопками, выключателями и переключателями:
Кнопки предназначены для коммутации небольших токов 6 - 10 А, в основном для управления цепями катушек электромагнитных пускателей и реле.
В электрических схемах станков, установок и машин для этих целей используются также выключатели (кнопки с фиксацией), тумблеры, различные переключатели. Все они тоже предназначены для коммутации исключительно токов цепей управления.
Электромагнитный пускатель со встроенными кнопками управления "Пуск" и "Стоп":
Миниатюрная кнопка управления:
Тумблеры на лабораторном стенде:
Если есть необходимость вручную включать и выключать силовые цепи, то для этого чаще всего используются пакетные выключатели и рубильники.
Пакетный выключатель:
Автоматические выключатели
Это самые популярные аппараты, защищающие различные электрические цепи от аварийных режимов работы. Все электроустановки в обязательном порядке должны быть защищены от коротких замыканий, а электродвигатели станков от токовых перегрузок.
Автоматический выключатель имеет в своей конструкции т.н. расцепители, которые реагируют на изменение контролируемых параметров в цепи и отключают выключатель при превышении контролируемым параметром значения уставки.
Однополюсный автоматический выключатель:
Устройство и принцип действия автоматического выключателя:
Электромагнитный расцепитель работает мгновенно при превышении током, идущим через автоматический выключатель тока отсечки. У разных автоматических выключателей это разное значение - 5, 7, 9, 10, 11, 13 по отношению к номинальному току.
Тепловой расцепитель представляет собой биметаллическую пластину, которая нагреваясь изгибается и отключает автомат при токовой перегрузке по принципу - "чем больше ток, тем быстрее сработает".
На защитной характеристике автоматического выключателя с комбинированным расцепителем с левой стороны находится зона действия теплового расцепителя, а с правой - зона срабатывания электромагнитного расцепителя.
В автоматических выключателях могут также использоваться дополнительные расцепители - независимый, позволяющий отключить выключатель с внешнего сигнала, минимального и максимального напряжения.
Легендарный советский автоматический выключатель АП50:
Прошлое и настоящее автоматических выключателей (второй старше на 30 лет):
В старых схемах функцию защиты от коротких замыканий выполняли плавкие предохранители. Сейчас во всех современных установках и станках предохранители заменяют на автоматические выключатели, т.к. благодаря им повышается оперативность работы и отсутствует возможность вмешиваться в работу электроустановки неквалифицированным персоналом путем установки некалиброванных плавки вставок, что долгое время в случае использования предохранителей было очень распространено.
Тепловые реле
На том же приницпе, что и тепловой расцепитель автоматического выключателя, работают популярные электрические апапарты - тепловые реле. Онт также используют биметаллические пластины, которые сделаны из двух материалов с разным температурным коэффициентом расширения и при нагреве изгибаются. Биметаллические пластины включаются в цепь электродвигателя и защищают его от токовых перегрузок изгибаясь и размыкания контакт реле в цепи катушки электромагнитного пускателя.
Тепловое реле ТРН10 с двумя биметаллическими пластинами и снятой крышкой:
Часто в схемах станков имеется несколько двигателей и один автоматический выключатель на вводе. Выключатель выпирается по суммарному току двигателей и защищает электроустановку от токов короткого замыкания, а каждый электродвигатель защищается индивидуально своим отдельным электртотепловым реле, которе выбирается по току конкретного электродвигателя.
Все описанные выше электрические аппараты выполняют очень важную роль в электроустановках и даже полная замена релейно-контакторных систем управления на системы с использование компьютерной техники и различные полупроводниковые аппараты не вытеснят их из применения. Будет продолжаться тенденция их миниатюризации, улучшения технических характеристик, но точно, эти аппараты будут использоваться в различных электроустановках еще длительное время.
Ранее ЭлектроВести писали, что Натан Шарпс, инженер-механик армейского Центра C5ISR в Мэриленде, недавно разработал стельку для обуви, которая может генерировать энергию при ходьбе, помогая питать электронные устройства. Армия США выделила более 16 миллионов долларов на производство этих стелек.
По материалам: electrik.info.
